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Method Article
GPCRは、魅力的な薬剤の標的であることを考えると、GPCRリガンドスクリーニングは、リード化合物の同定や脱孤児化研究に不可欠です。これらの取り組みに向けて、TEVベースのレポーターアッセイを用いて約300 GPCRで一過性β-arrestin2募集の同時プロファイリングに使用されるオープンソースのリソースプラットフォームPRESTO-Tangoについて説明します。
細胞シグナル伝達経路の範囲の最大かつ最も汎用性の高い遺伝子スーパーファミリーおよびメディエーターとして、Gタンパク質共役受容体(GPCRs)は製薬業界にとって最も有望な標的の1つである。Ergoは、創薬やGPCR薬理学と成果を操作するための遠隔操作ツールを表すため、GPCRリガンドスクリーニングアッセイの設計、実施、最適化が重要です。これまで、Gタンパク質依存アッセイは、リガンド誘導事象を検出し、二次メッセンジャーの生成を定量化するこの分野を代表して行っていました。しかし、機能的選択性の出現以来、他のいくつかのGタンパク質非依存経路およびGタンパク質依存アッセイに関連する限界に対する意識の向上と同様に、代替の作成に向けてより大きな推進があるGPCRリガンドスクリーニングアッセイ。この取り組みに向けて、我々は、そのような資源の1つであるPRESTOタンゴプラットフォーム、ヒトGPCR-omeの並列かつ同時の尋問を可能にするルシファーゼレポーターベースのシステムの適用について述べている。技術的にも経済的にも実現不可能。Gタンパク質独立型β-arrestin2採用アッセイに基づいて、GPDRにおけるβ-arrestin2媒介性人身売買およびシグナリングの普遍性により、PRESTO-TANGOは約100人を含む約300の非嗅覚ヒトGPCRsを研究するための適当なツールとなる孤児受容体。PRESTOタンゴの感度と堅牢性は、既知の薬物の新しいGPCR標的を発見したり、孤児受容体の新しいリガンドを発見するために使用される複合ライブラリを使用して、一次ハイスループットスクリーンに適しています。
Gタンパク質共役受容体(GPCRs)は、膜貫通タンパク質の最大かつ最も多様なファミリーを構成し、細胞とその環境間の通信インターフェースとして動作する1。GPCRsの多様性は、神経伝達物質からヌクレオチド、ペプチドから光子、および多くのリガンドの多様な配列を検出する能力と、細胞増殖、移動、分化、アポトーシス、細胞焼成などに関与する多数の下流シグナル伝達カスケードを調節する能力によって強調される。彼らの普遍性と多くの生理学的プロセスへの関与を考慮すると、この受容体ファミリーは、現在入手可能な処方薬の3分の1以上がGPCRs4を標的としているという事実によって示される、最も治療上の重要さである。しかし、これらの既存の治療法は、スーパーファミリーの小さなサブセット(推定10%)のみを標的とし、多くのGPCRsの薬理学は未解明のままである。さらに、100以上のGPCRsが、内因性リガンド5と一致していないとして、孤児受容体として存在する。したがって、GPCRリガンドスクリーニングは、リード発見と最適化への道を開き、おそらく臨床試験段階に道を開くため、脱ファン化と医薬品開発において重要です。
GPCRリガンドスクリーニング法は、従来、Gタンパク質依存性またはGタンパク質独立性機能アッセイ6の2つのカテゴリーのうちの1つに分類されている。GPCRシグナル伝達は、Gαサブユニット7に結合したGDPに対するGTPの交換によって活性化されるヘテロトリメリックGタンパク質(Gαβγ)によって調節される。活性化された受容体からのシグナルは、cAMP、カルシウム、DAG、およびIP3などの二次メッセンジャーを介してGタンパク質によって伝達され、下流エフェクター8で下流シグナル伝達を媒介する。Gタンパク質シグナル伝達の機能的な結果の性質は、受容体活性化を反映する細胞ベースのアッセイを作成するために利用されてきました。Gタンパク質シグナル伝達における近位(直接)または遠位(間接)事象を測定するこれらの方法は、GPCRリガンドスクリーニングに最も頻繁に使用され、主に脱孤児化研究6で採用されている。GPCR媒介Gタンパク質活性化を直接測定するアッセイの例としては、[35S]GTPγS結合アッセイが挙げられる。 Gαサブユニットに対する放射標識および非加水分解性GTPアナログと、Förster/生物発光共鳴エネルギー伝達(FRET/BRET、それぞれ)プローブとGPCR-GαおよびGα/Gγ相互作用を測定し、9年、10年にわたってより多くの牽引力を得ている。遠位イベントを監視するアッセイは、GPCRプロファイリングに最も一般的に使用されるツールです。例えば、cAMPおよびIP1/3アッセイは、Gタンパク質依存性二次メッセンジャーの細胞内蓄積を測定する一方で、[Ca2+]Gタンパク質活性化に関与する特異的応答要素を含むフラックスおよびレポーターアッセイ(CRE、NFAT-RE、SRE、SRF-RE)シグナルカスケード11をさらに下流の事象を調べる。前述のアッセイのほとんどはハイスループットレベルで実行できますが、 かなり敏感であり、特定のアッセイ固有の利点を誇る(例えば、GTPγS結合の場合の完全/部分的なアゴニスト、中立的アンタゴニストおよび逆アゴニスト間の差別、または[Ca2+]およびIP1/3)6などの生細胞上のアッセイ機能性6は、残念ながら既存のG依存性タンパク質方法は存在しない。これは主に、複数のGタンパク質サブファミリーがGPCBにネイティブに結合し、いくつかのカスケードでシグナル伝達を行い、オーファンGPDRで未知のGタンパク質結合を生じるためです。この問題を軽減するために、アッセイは、cAMPのような単一の共通シグナル伝達リードアウトを介して無差別Gタンパク質結合を強制するために開発された、およびCa2+、それらのほとんどは低スループット12であるが。
GPCRのライフサイクルの重要な側面は、Gタンパク質依存性シグナル伝達の終結であり、Gタンパク質の解離を誘導するβ-アスタミンの募集を通じて大部分が起こり、最終的にはクラトリンコーティングされた内在化を標的とする受容体を脱感作する。β-アレスティンの最もユビキタスに発現されるアイソフォームは、非視覚的β-アレスティン1およびβ-アレスティン2であり、また、それぞれ14のアレスティン-2及びアレスティン-3と示される。GPCRリガンドスクリーニングに新たな次元を追加するGタンパク質独立細胞ベースアッセイを入力してください。受容体の密売、標識のない全細胞、およびβ-アレプチンの募集アッセイは、すべて注目すべき例である。GPCR人身売買アッセイは、フルオロフォア標識リガンドまたは受容体15を標的とする共内在化抗体を採用する一方、ラベルフリーの全細胞アッセイは、リガンド結合によって誘導される細胞変化を電気信号または光学信号16などの定量可能な出力に変換するバイオセンサーを使用する。特に、典型的なGPCR-β-アレッシン相互作用は、機能アッセイ17のレパートリーにおける魅力的なツールとしてβ-アレッシン募集アッセイをファッションする。タンゴシステムは、わずか10年前にバルネアらによって最初に開発され、 3つの外因性遺伝要素の導入を伴う:β-arrestin2とタバコエッチウイルスプロテアーゼ(TEVp)からなるタンパク質融合、タバコエッチングを介してGPCRにつながれるテトラサイクリントランス活性化因子(tTA) ウイルスプロテアーゼ切断部位(TEVcs)と、逮捕を促進するためにV2バソプレシン受容体(V2尾)のC末語からの配列が先行し、その転写が誘発されるレポータールシメラーゼ遺伝子tTA転写因子は核への転座、β-アレプチン2募集後の膜アンカーから解放される(図1)18。GPCR活性化およびβ-arrestin2募集の定量的測定値は、その後、発光のための読み取りによって決定することができる。顕著な違いは、受容体の密売およびラベルフリーの全細胞法は比較的低いスループットであるが、タンゴは、標的受容体に特異的な選択的読み出しおよびシグナル統合による感受性を含むいくつかの利点を有し、これはより大きなスケール18でのリガンドスクリーニングに適した候補となる。
これらの戦略的特徴を考慮して、KroezeらはPRESTOタンゴ(パラレル受容体オーム発現および転写出力タンゴによるスクリーニング)を開発し、タンゴアプローチを使用して薬物可能GPCR-omeを並列かつ同時にプロファイルするハイスループットオープンソースプラットフォーム19を開発した。ほぼすべてのGPDRにβ-arrestin2の「無差別」募集を利用して、PRESTO-Tangoは細胞ベースの機能的アッセイの面で初めてのものである。
1. 一次スクリーニング:細胞培養およびプレートシード
2. 一次スクリーニング:DNAプレート調製およびトランスフェクション
3. 一次スクリーニング:細胞刺激
4. 一次審査:発光読み取り
5. 一次審査:データ分析
6. 二次スクリーニング:細胞の播種およびトランスフェクション
7. 二次スクリーニング:16点(半log)線量曲線のための薬物プレート調製
8. 二次スクリーニング:発光読み取りとデータ分析
本明細書で提示されたPRESTOタンゴプロトコルを用いて、クロマフィン顆粒(CG)抽出物を168の非嗅覚GPCR標的に対してスクリーニングし、その大半は孤児受容体である。上記の抽出物のプロファイリングは、選択された受容体におけるβ-arrestin2動員を調べることによって、Barneaららによって設計された原理に基づいて行われた(図1)。目的のGPCRのプラスミドc...
立体構造の動的GPCRsは、信号伝達の大国です。これらのヘプタケリカル受容体の結合ポケットの物理化学的性質と、それらの生理学的関連性は、GPCRリガンドスクリーニングツールの必要性を強調している。上記のように、PRESTOタンゴアッセイは迅速で敏感でユーザーフレンドリーであり、医薬品開発に適しています。このアッセイはアゴニスト誘導活性化を測定するだけでなく、アンタゴニ?...
オートアワーは競合する利益を宣言しません。
この研究は、カナダ保健研究所(CIHR助成金#MOP142219)によって支援されました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
384 Well Optical Bottom Plates, Polystyrene Polymer Base, Cell Culture Treated, BLACK, with lid, Sterile | NUNC | 12-566 | |
384 Well Optical Bottom Plates, Polystyrene Polymer Base, Cell Culture Treated, White, with lid, Sterile | NUNC | 12-566-1 | |
384 Well Round Bottom, Polypropylene, Non-Treated, Blue, non-sterile, without lid | ThermoFisher | 12-565-390 | |
Antibiotic-Antimycotic | Wisent | 450-115-EL | |
D-Luciferin, sodium salt | GoldBio | LUCNA | |
DMEM with L-Glutamine, 4.5g/L Glucose and Sodium Pyruvate | Corning | 10-013-CV | |
Eppendorf Xplorer, 12-channel, variable, 15–300 µL | Eppendorf | 4861000155 | |
Eppendorf Xplorer, 12-channel, variable, 5–100 µL | Eppendorf | 4861000139 | |
Matrix Platemate 2x3 | ThermoFisher | 801-10001 | |
MicroBeta 1450 Wallac | Perkin Elmer | ||
Penicilin-Streptomycin | Wisent | 450-201-EL | |
Poly-L-Lysine hydrobromide | Millipore-Sigma | P2636-500MG | |
Roth Lab PRESTO-Tango GPCR Kit | Addgene | Kit #1000000068 |
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